Projeto conceitual de um reator de deposição física de vapor (PVD) tipo Magnetron Sputtering

dc.contributor.advisorSantos, Marcos Dantas dos
dc.contributor.advisor-latteshttp://lattes.cnpq.br/6521766717113975
dc.contributor.authorAlves, Jônatas José Nascimento
dc.contributor.author-latteshttp://lattes.cnpq.br/7778519510141408
dc.contributor.referee1Rivera Torres, Arístides
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2906419737827733
dc.contributor.referee2Rodrigues, Melquizedec Arcos
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2325389016838433
dc.date.accessioned2026-07-06T15:43:18Z
dc.date.issued2026-07-10
dc.description.abstractThe objective of this work is to develop the conceptual design of a Physical Vapor Deposition (PVD) reactor using the magnetron sputtering technique, in order to meet the regional demand for advanced equipment capable of depositing thin films and functional coatings. The study begins by recognizing that the state of Amazonas faces significant challenges related to scientific infrastructure, which directly hinders progress in strategic fields such as nanotechnology, materials engineering, and tribology. Within this context, the research proposes a solid, accessible, and efficient conceptual model that can foster academic autonomy and strengthen the region’s research capabilities. To support the reactor’s development, an extensive theoretical review was conducted on PVD methods, industrial applications, and critical operational parameters such as pressure, gas composition, chamber geometry, and plasma conditioning. Important technological challenges were also examined, including deposition rate control, energy efficiency, plasma stability, and scalability constraints. The study evaluates existing academic and industrial reactor designs, enabling comparison of configurations, identification of best practices, and acceleration of the conceptual decision making process. The methodology employed is grounded in the systematic engineering design approach proposed by Pahl and Beitz, encompassing task clarification, requirements gathering, generation and assessment of design alternatives, and selection of the optimal configuration. Various design options were developed—covering different magnetron types, vacuum systems, gas-flow control mechanisms, power supplies, and cooling strategies—and subsequently evaluated using a weighted decision matrix. The selected configuration, consisting of a compact cylindrical chamber, planar magnetron, turbomolecular pump, and basic gas-control system, offered the best balance among efficiency, cost, durability, and ease of maintenance. The results demonstrate that the conceptual model satisfies typical operational requirements for producing metallic and compound thin films, ensuring controllable deposition rates, high uniformity, and simplified maintenance. Beyond presenting a technically feasible solution, the study highlights the potential impact of implementing such a reactor on the scientific and technological development of the state of Amazonas, contributing to reduced external dependence, the training of specialized personnel, and the stimulation of future research and innovation in surface engineering.
dc.description.resumoO objetivo deste Trabalho de Conclusão de Curso é criar o projeto conceitual de um reator de Deposição Física de Vapor (PVD) com a técnica de magnetron sputtering, a fim de atender à demanda regional por equipamentos avançados para a deposição de filmes finos e revestimentos funcionais. A pesquisa começa com a observação de que o estado do Amazonas enfrenta grandes desafios em termos de infraestrutura científica, o que afeta diretamente o progresso em campos estratégicos como nanotecnologia, engenharia de materiais e tribologia. Nesse cenário, a pesquisa apresenta um modelo conceitual sólido, acessível e eficaz, que pode fomentar a independência acadêmica e reforçar a habilidade de pesquisa na região. Para embasar o desenvolvimento do reator, foi conduzida uma extensa pesquisa teórica sobre métodos de PVD, usos industriais e parâmetros operacionais críticos, como pressão, composição do gás, geometria da câmara e tratamento do plasma. Desafios tecnológicos significativos também foram examinados, incluindo controle da taxa de deposição, eficiência energética, estabilidade do plasma e restrições à escalabilidade. O estudo analisa projetos acadêmicos e industriais já existentes, possibilitando a comparação de configurações, a identificação de boas práticas e a aceleração do processo de definição conceitual. O método utilizado fundamentou-se na abordagem sistemática de projeto de engenharia proposta por Pahl e Beitz, englobando as fases de definição da tarefa, coleta de requisitos, criação e análise de alternativas, e escolha da configuração ideal. Desenvolveram-se opções que envolviam diversos tipos de magnetron, sistemas de vácuo, controle de gases, fontes de potência e estratégias de resfriamento, as quais foram, posteriormente, analisadas por meio de uma matriz de decisão ponderada. A configuração escolhida — câmara cilíndrica compacta, magnetron planar, bomba turbomolecular e controle básico de gases — demonstrou o melhor equilíbrio entre eficácia, custo, durabilidade e simplicidade na manutenção. Os resultados demonstram que o modelo conceitual atende aos requisitos operacionais típicos para produção de filmes finos metálicos e compostos, permitindo taxas de deposição controláveis, elevada uniformidade e manutenção simplificada. Além de propor uma solução tecnicamente viável, o trabalho evidencia o impacto potencial da implementação do reator para o desenvolvimento científico e tecnológico do estado do Amazonas, contribuindo para reduzir dependências externas, formar recursos humanos especializados e estimular futuras pesquisas e inovações em engenharia de superfícies.
dc.identifier.citationALVES, Jônatas José Nascimento; SANTOS, Marcos Dantas dos. Projeto conceitual de um reator de deposição física de vapor (pvd) tipo Magnetron Sputtering. 2025. TCC (Graduação em Engenharia Mecânica ) - Universidade do Estado do Amazonas, Manaus, 2025
dc.identifier.urihttps://ri.uea.edu.br/handle/riuea/8516
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade do Estado do Amazonas
dc.publisher.initialsUEA
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dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subjectPVD
dc.subjectsputtering
dc.subjectfilmes finos
dc.subjectprojeto conceitual
dc.subjectreator de deposição
dc.titleProjeto conceitual de um reator de deposição física de vapor (PVD) tipo Magnetron Sputtering
dc.title.alternativeConceptual design of a magnetron sputtering physical vapor deposition (PVD) reactor
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso

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